銀修飾型納米復(fù)合材料的制備、表征與可見光光催化性能.pdf

1、用光催化技術(shù)解決環(huán)境問題已引起世界各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)部門和學(xué)術(shù)界的廣泛興趣和關(guān)注，傳統(tǒng)TiO2光催化材料的帶隙較寬和量子效率低，限制了它在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。最近研究結(jié)果表明，金屬銀修飾可以大大提高半導(dǎo)體光催化材料的光催化性能，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:第一，貴金屬Ag負(fù)載在半導(dǎo)體表面，可以捕獲光生電子，減小光催化過程中光生電子和空穴的復(fù)合率，提高光催化的量子效率;第二，通過金屬Ag離子摻雜，使二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高TiO2對(duì)可見光的

2、吸收;第三，貴金屬Ag納米粒子可以通過等離子共振效應(yīng)增強(qiáng)對(duì)可見光的吸收。針對(duì)銀基光催化材料體系，本論文從以下三個(gè)方面進(jìn)行了一些有益的探索:(1)構(gòu)建Ag2O助劑改性的Ag2O/Bi2WO6復(fù)合可見光光催化劑;(2)構(gòu)建同時(shí)沉積和摻雜Ag元素的Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑;(3)研究金屬銀對(duì)AgCl光催化劑光穩(wěn)定性和光催化活性的決定作用。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 第一，助劑改性是提高光催化材料光催化效率的有效方法之一，

3、因?yàn)橹鷦┛梢源龠M(jìn)光生電子和空穴的有效分離。然而，目前大多數(shù)關(guān)于助劑的研究只是限于貴金屬（例如，銀、金、鉑等）材料，很少研究他們的氧化物。在本章中，Ag2O通過離子注入和低溫?zé)崽幚?100-350℃)相結(jié)合的方法負(fù)載在Bi2WO6表面(Ag2O/Bi2WO6)，用甲基橙溶液評(píng)價(jià)了Bi2WO6負(fù)載前后的可見光光催化性能。研究結(jié)果表明，Ag2O可作為Bi2WO6光催化材料的一種有效助劑，促進(jìn)Bi2WO6導(dǎo)帶電子的快速轉(zhuǎn)移，降低光生電子與空穴的

4、復(fù)合，因而具有比N-TiO2和未改性的Bi2WO6更高的可見光光催化性能。由于Ag2O具有較強(qiáng)的光敏性，所以在可見光光催化降解有機(jī)物過程中很容易形成Ag-Ag2O復(fù)合材料。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和能帶結(jié)構(gòu)分析，提出了Ag2O助劑提高Bi2WO6光催化性能的機(jī)理，即通過多電子遷移機(jī)制還原氧氣。
　　 第二，銀改性是一個(gè)可以提高TiO2光催化劑光催化性能的有效方法。然而，以往對(duì)TiO2改性的研究只集中在表面負(fù)載金屬銀或在晶格中摻入Ag(I)離

5、子，很少有研究同時(shí)沉積和摻雜Ag元素的Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑。在本章中，Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑通過簡(jiǎn)單的離子注入和煅燒(450℃)相結(jié)合的方法合成，用甲基橙和苯酚溶液評(píng)價(jià)了所制備樣品的紫外和可見光光催化性能。研究結(jié)果表明:相比于其它單一的銀改性光催化材料(如Ag(I)-TiO2和Ag/TiO2)，Ag/Ag(I)-TiO2光催化材料在紫外光和可見光作用下，表現(xiàn)出完全不同的光催化性能?；谀軒ЫY(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，提

6、出Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑的光催化作用機(jī)理:在可見光作用下，TiO2晶格中的Ag(I)離子孤立能級(jí)表現(xiàn)出對(duì)可見光的響應(yīng)，而TiO2表面負(fù)載的金屬銀可有效促進(jìn)光生電子和空穴的分離，從而使得Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑具有比單一的銀改性光催化材料(如Ag(I)-TiO2和Ag/TiO2)更高的光催化性能;在紫外光照射下，Ag(I)離子摻雜形成的孤立能級(jí)作為光生電子和空穴的復(fù)合中心，導(dǎo)致Ag/Ag(I)-TiO2光催化劑比單一

7、銀負(fù)載Ag/TiO2更低的光催化性能。此外，通過簡(jiǎn)易的控制方法，可制備各種Ag改性的TiO2光催化材料(如TiO2，Ag/TiO2，Ag(I)-TiO2和Ag/Ag(I)-TiO2)。
　　 第三，Ag-AgCl復(fù)合材料已被證明是一種高效穩(wěn)定的可見光光催化材料。然而，目前有關(guān)Ag-AgCl的研究主要集中在Ag-AgCl復(fù)合光催化劑的合成，而Ag-AgCl復(fù)合光催化劑的光催化機(jī)理研究較少，特別是關(guān)于金屬銀對(duì)AgCl光催化劑光穩(wěn)定性

8、和光催化活性的決定作用仍未見報(bào)道。在本章中，通過控制水熱處理溫度(30，100和160℃)制備了具有不同銀含量的Ag-AgCl復(fù)合光催化劑，用甲基橙溶液評(píng)價(jià)了所制備光催化材料的可見光光催化性能。研究結(jié)果表明: AgCl表面無金屬Ag時(shí)，由于光生電子被AgCl表面的Ag(I)離子快速捕獲，因而表現(xiàn)出較高的光催化活性;當(dāng)AgCl表面含有一定含量的金屬Ag時(shí)，由于表面金屬Ag對(duì)光生電子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)移，Ag-AgCl表現(xiàn)出穩(wěn)定的光催化活性?；趯?duì)A